| dc.description.abstract | Nyvinning innen teknologi har redusert hvor avhengige roboter er av menneskelige operatører. Denne trenden har muliggjort høyere automasjonsnivå (LoA) i en rekke systemer, som igjen har fordeler som høyere sikkerhet for mennesker og effektivitet, samt redusert miljøpåvirkning. Dette er også tilfelle i marin sektor, hvor agenter med varierende LoA øker i popularitet. Flere agenter sjøsatt sammen i robotorganisasjoner kan gi systemer økte kapabiliteter, som å løse mer komplekse oppgaver.
Et eksempel på en robotorganisasjon er en autonom overflatefarkost (ASV) som gir operasjonsstøtte til én eller flere autonome undervannsfarkoster (AUV). AUVer avhenger av støtte fra overflaten for navigasjon og kommunikasjon med operatører når de er under vann. Når AUVene kartlegger havbunnen kan ASVen holde seg på overflaten i nærheten av undervannsrobotene for å gi denne operasjonsstøtten. Slik kan ASVen gi navigasjonsstøtten AUVene trenger, samt etablere kommunikasjon mellom farkostene og operatører. Dette kan være oppdateringer fra AUVene, eller endringer i oppdrag, avbrytelser, eller andre forespørsler fra operatørene. Nye egenskaper og oppførsler oppstår når disse agentene blir satt sammen i en robotorganisasjon. Selv om dette er egenskapene som gjør systemet såpass godt egnet til miljøkartlegging, kan de også lede til fremvoksende risiko. Det er derfor et behov for kontrollmetoder som tar hånd om fremvoksende risiko.
Denne masteroppgaven inneholder to akademiske artikler som presenterer kontrollmetoder for robotorganisasjonen hvor en ASV gir operasjonsstøtte til henholdsvis én eller flere AUVer. De foreslåtte regulatorene er basert på fremvoksende risiko relatert til to hasardiøse hendelser: tap av kommunikasjon og at ASVen havner for nært en av AUVene. Regulatorene er presentert som hybride dynamiske systemer, og sørger for sikre og pålitelige opperasjonsvilkår. Kontrollmetodene er demonstrert og validert med numeriske simuleringer og feltforsøk.
Som en kontekstualisering av artiklene presenterer masteroppgaven litteratur knyttet til relevante emner, og beskriver detaljer rundt det eksperimentelle oppsettet for operasjoner med ASV og AUVer. Denne beskrivelsen inkluderer detaljer rundt nettverkstilkoblingene, og nødvendige modifiseringer som ble gjort på farkostene. I tillegg presenteres et sammendrag av de viktigste resultatene fra de to vedlagte artiklene, samt diskusjon av disse.
Regulatorene utførte oppgavene sine godt i både numeriske simuleringer og fysiske feltforsøk. Regulatoren for operasjon med én AUV holdt ASVen tilstrekkelig nære AUVen for å ivareta akustisk kommunikasjon, samtidig som den unngikk å havne for nært AUVen. Regulatoren for operasjon med flere AUVer sørget for at akustisk kommunikasjon med hver AUV ble gjenopprettet til slutt, samtidig som den også unngikk kollisjon ved å prioritere kollisjonsunngåelse
Arbeidet som er lagt fram i denne masteroppgaven og de vedlagte artiklene representerer et steg mot mer effektiv, trygg og vellykket havkartlegging. | |
| dc.description.abstract | Recent developments in technology have reduced robots' dependency on human operators. This trend has allowed for greater levels of autonomy (LoA) in systems, leading to increased human safety and cost-efficiency, and reduced environmental impact. This is also the case for the marine industry, where agents with various LoA are gaining traction. Moreover, several autonomous agents deployed together in robotic organizations have additional benefits, such as solving increasingly complex tasks.
One example of a robotic organization is an autonomous surface vehicle (ASV) providing mission support for one or multiple autonomous underwater vehicles (AUV). During underwater operation, AUVs depend on surface support for navigation and communication with operators, as well as potential intervention during missions. While the AUVs survey the seabed, the ASV stays in their vicinity on the surface to communicate acoustically with the AUVs, providing navigational aid and relaying information from AUVs to operators. Information also goes the other way, that is, from human operators to the AUVs, such as mission updates, mission aborts or other requests. When these vehicles are combined, new properties and behaviors emerge. While the emergent properties yield a more powerful system for environmental mapping of the ocean, some of the emergent behaviors might constitute new risks. Appropriate control methods that manage these emergent risks need to be designed.
This master's thesis contains two academic papers, which propose control methods for the robotic organization where an ASV aids a single or multiple AUVs, respectively, with navigation and communication. The proposed controllers are based on emergent risks related to the hazardous events of loss of communication and the ASV getting too close to an AUV. Represented as hybrid dynamical systems, the controllers ensure safe operation. The controllers are demonstrated and validated in numerical simulations and field trials.
To contextualize the appended papers, the thesis presents background literature on related topics, and describes details about the experimental setup for the ASV-AUV test missions. This includes a detailed explanation of networking within the robotic organization, as well as hardware modifications necessary to conduct field trials. A summary and a discussion of the most important results from the appended papers are also included.
The proposed controllers performed well in both numerical simulations and physical field trials. The controller for single-AUV operation kept the ASV sufficiently close to the AUV to maintain communication, while preventing collision by maintaining distance between the vehicles. The controller for multi-AUV operation ensured to eventually re-establish acoustic communication with each AUV by consecutively transiting between each AUV's vicinity, while also preventing collision with each AUV by prioritizing collision avoidance.
Thus, the work presented in this thesis and appended papers represents a step towards more efficient, safe, and successful marine environmental mapping. | |
